(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からの熱によって蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラの蒸気により作動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの排気を復水する復水器と、
前記復水器で凝縮された復水をボイラ側に給水として送給する給水系統とからなるタービン設備の前記給水中に酸素を溶存させる複合水処理（ＣＷＴ）方法において、
前記復水器の復水真空手段の調整により、予めＣＯ2を除去した空気を前記復水中に供給して、前記復水中に酸素を溶存させると共に、
前記復水中に供給する溶存酸素の濃度が５〜２０μｇ／Ｌであることを特徴とするタービン設備の複合水処理方法。
【請求項２】
請求項１において、
タービン給水を揮発性物質処理（ＡＶＴ）から複合水処理（ＣＷＴ）に切り替えるに際し、
ＡＶＴ条件のｐＨ９．４〜９．７の状態で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨをＣＷＴ条件の８．０〜９．３とすることを特徴とするタービン設備の複合水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＷＴにおいて効率的に復水中へ酸素を供給することができるタービン設備の複合水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力及び原子力発電プラント等では、発生させた高温・高圧の蒸気をタービンに供給し、この蒸気によりタービンを駆動して発電を行っている。タービンを駆動した後の蒸気は、復水器により冷却されて水の状態に戻された後、再び加熱されてボイラ、原子炉、蒸気発生器に供給され、再使用される。
【０００３】
火力発電プラントにおけるタービン設備の一例としては、図７に示すような構成のものが知られている。図７に示すように、このタービン設備１００は、熱源からの熱によって蒸気１１を発生させるボイラ１１８と、該ボイラ１１８の蒸気１１により作動する蒸気タービン１２と、該蒸気タービン１２からの排気を復水する復水器１０６と、該復水器１０６で凝縮された凝縮水を復水１０７−１とし、脱気器１１０を経由して給水１０７−２とした後に前記ボイラ１１８側に送給する給水系統Ａと、から構成されている。前記給水系統Ａでは、前記復水器１０６と低圧給水ヒータ１０９との間においては、復水ポンプ１８が給水管１３に介装されており、前記低圧給水ヒータ１０９と高圧給水ヒータ１１２との間においては、脱気器１１０、貯槽１１１及びボイラ給水ポンプ１９が前記給水管１３に介装されている。なお、符号１０４は補給水タンク、１０５は補給水、１１４は過熱器、１１５は再熱器を各々図示する。
【０００４】
また、前記給水系統Ａの給水管１３の復水器１０６の出口側においては、ｐＨ調整剤のアンモニアと脱酸素剤のヒドラジンを注入する薬剤注入部３０が設けられており、揮発性物質処理（Ａｌｌ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ:ＡＶＴ）している。このＡＶＴは、所定量のヒドラジンの注入と、薬剤注入部３０からはｐＨ調整用として給水に所定量のアンモニアを注入しており、給水のｐＨを９．５以上とすると共にアンモニア濃度を０．５ｐｐｍ以上となるようにしている。
これは、一般に、復水のｐＨが９．０を下回ると流れによるエロージョン・コロージョン（腐食・浸食）の発生が懸念されるので、復水１０７−１のｐＨを９．４〜９．７としている（特許文献１）。
このＡＶＴは、給水配管等に対する鉄腐食を抑制するために、母材の表面にマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を形成している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５４５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなＡＶＴを行なっているタービン設備１００において、定期点検等のプラント停止時においては、ＡＶＴから給水中に微量の酸素を溶存させる複合水処理（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ:ＣＷＴ）を行なっている。
これは、ＡＶＴではボイラ配管の鉄腐食防止のために、プラント停止の期間中に酸洗浄を２年に一回程度行なう必要があるからである。
よって、１０年以上も酸洗浄が不要なＣＷＴとするために、図７に示すように、ＣＷＴでは第１の酸素注入部３１−１及び第２の酸素注入部３１−２を設け、給水１０７−２中に酸素を注入し、所定量の酸素を溶存させるようにしている。
【０００７】
ここで、酸素注入部を二箇所設けているのは、酸素が給水系統Ａ内に行き亙るのに時間を要するからであり、具体的には復水器１０６出口側に設置した第１の酸素注入部３１−１以外に、脱気器１１０の後流側に第２の酸素注入部３１−２を設置している。
この酸素処理は、給水中の鉄成分を酸素の作用によって２価の状態（マグネタイト被膜）からより鉄の溶解度の低い３価の状態（ヘマタイト被膜）として水質管理をしている。
【０００８】
このＣＷＴに切替えるに際しては、迅速に酸素濃度を所定量とするために、酸素切替えにおいては、酸素濃度計３２で酸素濃度を計測しながら二箇所の酸素注入部３１−１、３１−２から多量（２００μｇ／Ｌ程度）の酸素を注入しているので、運転頻度の低いプラントにおいては、過剰な設備投資となる、という問題がある。
すなわち、酸素注入設備３１−１、３１−２は、多量の酸素ボンベ又はＰＳＡ酸素発生装置とこれらを制御する制御装置とを必要とするので設置費用が増大するからである。
【０００９】
また、プラント運転時間が少ないような場合、所定濃度の酸素とするのにＣＷＴ切替時に時間がかかる（例えば２週間から６ヶ月）と共に、酸素の上限（２００μｇ／Ｌ程度）の制御が難しく、過注入防止が必要となる、という問題がある。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、ＣＷＴにおいて効率的に復水中へ酸素を供給することができるタービン設備の複合水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、熱源からの熱によって蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラの蒸気により作動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの排気を復水する復水器と、前記復水器で凝縮された復水をボイラ側に給水として送給する給水系統とからなるタービン設備の前記給水中に酸素を溶存させる複合水処理（ＣＷＴ）方法において、前記復水器の復水真空手段の調整により、予めＣＯ2を除去した空気を前記復水中に供給して、前記復水中に酸素を溶存させると共に、前記復水中に供給する溶存酸素の濃度が５〜２０μｇ／Ｌであることを特徴とするタービン設備の複合水処理方法にある。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、タービン給水を揮発性物質処理（ＡＶＴ）から複合水処理（ＣＷＴ）に切り替えるに際し、ＡＶＴ条件のｐＨ９．４〜９．７の状態で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨをＣＷＴ条件の８．０〜９．３とすることを特徴とするタービン設備の複合水処理方法にある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、給水の水質管理方法をＡＶＴからＣＷＴに切替えるに際し、復水器の復水真空手段の調整により復水中に溶存酸素を供給させ、復水中への別途の酸素注入設備を不要とすることで、ＣＷＴ運転の簡素化を図るものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１７】
本発明による実施例に係るタービン設備について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係るタービン設備の概略図である。図中、前記図７に示した設備と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
【００１８】
図１に示すように、本実施例にかかるタービン設備１０は、熱源からの熱によって蒸気１１を発生させるボイラ１１８と、該ボイラ１１８の蒸気１１により作動する蒸気タービン１２と、該蒸気タービン１２からの排気を復水する復水器１０６と、該復水器１０６で凝縮された復水１０７−１を前記ボイラ１１８側に送給する給水系統Ａと、前記復水器１０６の出口側で給水系統Ａの復水１０７−１中のｐＨを調整する薬剤注入部３０と、前記復水１０７−１を脱気する脱気器１１０の後流側で給水１０７−２中の酸素濃度を計測する第１の酸素濃度計３２−１と、前記ボイラ１１８の出口側でボイラ水中の酸素濃度を計測する第２の酸素濃度計３２−２とを具備すると共に、前記復水器１０６の真空破壊調整弁２０の調整により、前記復水１０７−１中に酸素をリーク（溶存）させることで復水中に溶存酸素を供給する。
また、過熱器１１４の出側においてボイラ水中の酸素濃度を計測する第３の酸素濃度計３２−３を設けるようにしてもよい。
【００１９】
図２は復水器真空ポンプ及び真空破壊弁を備えた復水器の構成の概略図である。
図２に示すように、復水器１０６は真空破壊調整弁２０と復水器真空ポンプ２１とを具備すると共に、真空破壊調整弁２０でリークさせる空気中の炭酸ガス（ＣＯ2）を除去するＣＯ2除去部２２を有している。これは、炭酸ガス（ＣＯ2）が復水１０７−１中では陰イオンとなり、復水１０７−１中の電気伝導率の上昇となるので、これを防止するためである。
【００２０】
ここで、ＪＩＳ基準ではＣＷＴの溶存酸素濃度は２０〜２００μｇ／Ｌであるが、図４に示すように、少なくとも５μｇ／Ｌ以上（より好ましくは５〜２０μｇ／Ｌ）あれば、ＣＷＴ運用のヘマタイト被膜の形成が可能となるので、より少ない空気リーク量で復水１０７−１へ酸素を供給することができ、好ましいものとなる。
この結果、従来のような酸素注入設備が不要となり、多大な設備投資が不要となる。
【００２１】
また、他の態様を示す図３に示すように、復水１０７−１の一部を循環する復水タンク２３を介装してなる復水循環ライン２４を設けてなり、該復水タンク２３内の貯蔵水に空気を溶存させるようにしてもよい。ここで、前記復水タンク２３内に導入する空気は、ＣＯ2除去部２２によりＣＯ2を除去するようにしている。なお、図３中、符号２６は真空破壊弁（通常は閉）を図示する。
ここで、復水２５００ｔ／ｈに対して、５ｔ／ｈの復水を供給（１０ｍｇ／Ｌ→１０，０００μｇ／Ｌ）循環させるとすると、酸素濃度は２μｇ／Ｌ上昇する。
【００２２】
これにより、復水循環ライン２４を空気ボンベでシールした復水タンク２３を経由させることにより、復水１０７−１の酸素濃度を上昇させることができる。
【００２３】
すなわち、０．１ＭＰａに加圧すると＋４μｇ／Ｌ（大気圧の２倍）の溶存酸素濃度となる。また、０．１５ＭＰａに加圧すると＋５μｇ／Ｌ（大気圧の２．５倍）の溶存酸素濃度となる。なお、前記復水循環ライン２４には、圧力調整弁２５を介装し、所望の圧力となるように調整している。
【００２４】
よって、前記真空破壊調整弁２６は、本来の用途である復水器１０６の真空調整に用い、別途復水循環ライン２４で復水１０７−１の一部を循環させることで、溶存酸素量を増大させ、ＣＷＴ条件とさせることができる。
【００２５】
さらに、タービン給水の水質処理である揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、ｐＨ９．４〜９．７の状態（例えばｐＨ９．５）で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨを８．０〜９．３（例えばｐＨ９．０）とする。
【００２６】
ここで、本発明でＡＶＴからＣＷＴに最初に切替える際とは、水質管理条件としてＡＶＴを行なっているタービン設備において、第１回目の定期点検等のプラント停止時或いは、ＡＶＴ水質管理条件で試運転を行なっており、その試運転終了後に、最初にＣＷＴに切替える際のことをいう。
【００２７】
前記給水１０７−２中の酸素濃度の確認は、脱気器１１０の出口側に第１の酸素濃度計３２−１を設けると共に、前記ボイラ１１８と過熱器１１４との間のボイラ水中の酸素濃度を第２の酸素濃度計３２−２で計測し、この第２の酸素濃度計３２−２での酸素が所定濃度に達したことを確認してから、薬剤注入部３０で供給するｐＨ調整剤（例えばアンモニア）の注入量を変化させて、ＣＷＴのｐＨ条件とするようにしている。又は過熱器１１４の出口側において設けられた第３の酸素濃度計３２−３により給水１０７−２中の酸素濃度を測定してｐＨを調整するようにしてもよい。
【００２８】
この結果、タービン設備において、ＡＶＴからＣＷＴに切替える際に、ｐＨを９．４〜９．７の状態（例えば９．５）から８．０〜９．３（例えば９．０）に変化させることによる、鉄溶解度の上昇を抑制することができる。
【００２９】
すなわち、本発明では、前記ボイラ１１８出口に設置した第２の酸素濃度計３２−２又は第３の酸素濃度計３２−３のいずれかにおいて、給水１０７−２中の酸素が所定濃度（例えば２０μｇ／Ｌ）に達していることを確認してから、ｐＨを８．０〜９．３（例えばｐＨ９．０）と下げるようにすることで、前記復水１０７−１中の鉄溶解を抑制することができるので、復水中の鉄濃度の上昇の抑制を図ることができる。
【００３０】
この結果、従来では図７に示すように、給水系統Ａにおいて、第１の酸素注入部３１−１と第２の酸素注入部３１−２との二箇所から酸素を注入することを廃止することで、プラント設備の削減を図ることができると共に、酸素が給水系統内に十分に行き亙ってからｐＨを低下させるので、給水中への鉄の溶解を防止することできる。
【００３１】
＜試験例＞
次に、本発明と従来技術におけるＡＶＴからＣＷＴへの切替えの際のｐＨの変化、第１及び第２の酸素濃度計での酸素濃度の変化、給水中の鉄濃度の変化についての試験結果を図５及び図６に示す。
【００３２】
本発明である実施例においては、ＡＶＴからＣＷＴの切替えを復水中の酸素濃度が所定濃度（５０μｇ／Ｌ）となったことを確認してから行なった。この結果、復水１０７−１中の鉄濃度は殆ど変化しなかった。
【００３３】
これに対し、従来技術である比較例においては、ＡＶＴからＣＷＴの切替えを酸素注入と同時にｐＨを９．０としていると共に、迅速に復水中の酸素濃度を所定濃度（５０μｇ／Ｌ）とするために、最初は２００μｇ／Ｌの酸素を供給しているので、酸素濃度が上昇すると共に、鉄溶解量が一時的に大幅に増大していた。
【００３４】
以上の結果より、ＡＶＴからＣＷＴに切替える場合において、切替え初期においてはｐＨをＡＶＴの状態で推移し、ボイラ１１８出口における酸素濃度が所定濃度となったことを確認した後に、ｐＨをＣＷＴの条件とするようにすることで、復水中への鉄の溶解を抑制することができることとなった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明に係るタービン設備の酸素処理方法及びタービン設備は、復水器の復水真空手段の調整により復水中に溶存酸素供給させ、復水中への別途の酸素注入設備を不要とすることで、ＣＷＴ運転の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係るタービン設備の概略図である。
【図２】本実施例に係る復水器の概略図である。
【図３】本実施例に係る他の復水器の概略図である。
【図４】溶存酸素と腐食電位との関係図である。
【図５】実施例に係るｐＨ、酸素濃度及び鉄濃度と時間との関係図である。
【図６】比較例に係るｐＨ、酸素濃度及び鉄濃度と時間との関係図である。
【図７】従来の発電プラントにおけるタービン設備の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  タービン設備
１１  蒸気
１１８  ボイラ
１０６  復水器
１０７−１  復水
１０７−２給水
Ａ  給水系統
２０  真空破壊弁
２１  復水器真空ポンプ
２２  ＣＯ2除去部
２３  復水タンク
２４  復水循環ライン
２５  圧力調整弁
３０  薬剤注入部
３２−１  第１の酸素濃度計
３２−２  第２の酸素濃度計
３２−３  第３の酸素濃度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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